JP5595494B2 - 動力伝達装置 - Google Patents

Description

本発明は、特に自動車の舵取り装置において、特に回転運動を並進運動に変換するための動力伝達装置に関する。

動力伝達装置は、例えば自動車において、回転運動を並進運動に変換する舵取り装置として使用される。この場合、一般的に、回転運動を並進運動に移行させるために循環式ボールねじが使用される。循環式ボールねじの代わりに、ピニオン及びラックを備えた簡単なギヤ段も使用される。このような簡単なギヤ段は費用的に有利である。パワーステアリングにおいては、支援モーメントが一般的にウォーム伝動装置を介して自動車のステアリングコラム又はピニオンに直接伝達される。しかしながらこの場合、ピニオン及びラックの構成に基づいて、伝達可能な力の上限は約８５００Ｎである。またこのような形式の伝動装置の設計においては、狭い取付けスペースでも自動車に問題なく取り付けることができるようにするために、できるだけ構造を小さくし、かつ重量を軽量化することを考慮しなければならない。

発明の開示
これに対して、請求項１に記載した特徴を有する本発明による動力伝達装置は、構造がコンパクトで簡単である、という利点を有している。また本発明による動力伝達装置によれば、高いモーメントを伝達することができる。さらに、ウォーム及びラックにおいて半径方向力が互いに相殺されるようになっている。これによって、ウォームの撓みは発生しないので、ウォームの直径を小さくすることができる。これは本発明によれば、動力伝達装置が、駆動装置と、動力伝達装置の入力部材としてのウォーム軸と、第１のウォーム歯車及び第２のウォーム歯車と、二重歯列エレメントとを有していることによって、得られる。それぞれ１つのピニオンが、それぞれ１つのウォーム歯車と一緒に回転する。２つのウォーム歯車は、ウォーム軸の同じウォーム歯列と噛み合う。つまり、できるだけコンパクトな構造を可能にするために、ウォーム軸は１つの共通のウォーム歯列を有していて、このウォーム歯列は、第１のウォーム歯車とも、また第２のウォーム歯車とも噛み合う。この場合、２つのウォーム歯車は、ウォーム軸において力を相殺するために、１つの共通のウォーム歯列において有利には互いに向き合って配置されている。二重歯列エレメントは、出力エレメントとして設けられていて、第１及び第２の歯列を有しており、第１の歯列は第１のピニオンと噛み合い、第２の歯列は第２のピニオンと噛み合う。これによって、比較的安価に製造することができる構造部分を備えた非常にコンパクトな構造が得られ、この場合、特に大きい力を伝達することができる。本発明による動力伝達装置はその構造が非常にフレキシブルであるので、公知の動力伝達装置と比較して、構造スペース的な利点が得られる。本発明による動力伝達装置は、例えば種々異なる電気機械式のブレーキブースタにおける様々な要求、又は舵取り装置における様々な自動車製造業者の要求に簡単に合わせることができる。

従属請求項は、本発明の有利な実施態様である。

有利な形式で、二重歯列エレメントは、二重歯列を有するラック又はリング歯車である。二重歯列を有するラックは２つの歯列を有しており、これらの歯列は、互いに反対側に配置されていて、例えばブレーキブースタ又は舵取り装置に使用されるか、又は太陽エネルギー装置においてはミラー又は太陽熱集熱器をガイドするための調節駆動装置として使用される。二重歯列を有するリング歯車は、回転可能な構造部例えばクレーン及び掘削機を有する建設機械用のターンテーブルにおいて使用される。さらに、二重歯列を有するリング歯車は、風力エネルギー装置においてロータケージ（Rotorgondeln）のための旋回駆動装置として、又はロータブレードの傾斜角度のための調節駆動装置として使用される。

特に有利には、ピニオンの軸がラックに対して所定の確度、有利には９０゜より小さい確度で配置されている。これによってウォーム歯車及びウォーム軸及びひいては駆動装置の配置の多様性が得られる。この場合、第１のピニオンの軸がラックに対して、第１の角度で配置されていて、第２のピニオンがラックに対して、前記第１の角度とは異なる第２の角度で配置されている。さらにまた、ウォーム軸を、一方のウォーム歯車の少なくとも１つの軸に対して９０゜ではなく、９０゜より小さい角度で配置することも可能である。

有利な選択的実施例によれば、ウォーム軸が少なくとも３つのウォーム歯列及び４つのウォーム歯車を有しており、この場合、２つのウォーム歯車が同時に、３つのウォーム歯列のうちの１つに噛み合っている。これによって、さらに大きい多様性が得られる。

動力伝達装置の遊び補償を可能にするために、動力伝達装置は、少なくとも１つのピニオンとウォーム歯車との間に有利には１つの遊び補償装置を有している。この遊び補償装置は、カムと、第１及び第２のストッパとを有しており、この場合、カムは第１のストッパと第２のストッパとの間に小さい遊びを保って配置されていて、カムを一方のストッパに付勢する付勢部材を有している。付勢部材は、カムを常にストッパと接触させ、それによって動力伝達装置の歯列に遊びが存在しないように保証する。これによって、緊締されていない、しかも遊びのない動力伝達装置が得られる。

さらに有利には、ラックは２つのピニオン間に浮動支承されている。これによって、ラックの追加的な支承部を省くことができ、場合によっては、ラックに側方のガイドをさらに設けることもできる。

特にコンパクトな構造を得るために、有利には駆動装置はラックに対して平行に配置されている。駆動装置は、有利な形式で電動モータ又は液圧式の駆動装置である。

本発明による動力伝達装置は、有利な形式で電子機械式のブレーキブースタとして又はパワーステアリングとして自動車に使用される。自動車の大きさに応じて、１つの駆動装置又は２つ或いはそれ以上の駆動装置、特に電動モータを使用することができる。この駆動装置を使用することによって、回転運動が二重ラックの並進運動に変換される。選択的に、本発明による動力伝達装置を、回転伝動装置、例えば建設機械、風力エネルギー装置、太陽エネルギー装置又はその他の施設に例えばロボットに使用することもできる。

以下に本発明の有利な実施例を、添付の図面を用いて詳しく説明する。

本発明の第１実施例による動力伝達装置の概略図である。 本発明の第２実施例による動力伝達装置の概略図である。 本発明の第２実施例による動力伝達装置の概略図である。 本発明の第３実施例による動力伝達装置の概略図である。 本発明による動力伝達装置のための遊び補償装置の概略図である。 本発明の第４実施例による動力伝達装置の概略図である。 本発明の第５実施例による動力伝達装置の概略図である。 本発明の第６実施例による動力伝達装置の概略図である。 本発明の第７実施例による動力伝達装置の概略図である。

図１には、本発明の有利な１実施例による動力伝達装置１の詳細が示されている。

図１に示されているように、動力伝達装置１は駆動装置２として電動モータを有しており、該電動モータ２はウォーム軸３を駆動する。ウォーム軸３には、１つの共通のウォーム歯列１３が設けられている。動力伝達装置１は、第１のウォーム歯車６と第２のウォーム歯車７と第１のピニオン８と第２のピニオン９とを有している。さらに、二重歯列エレメントとしてのラック１０が設けられており、該ラック１０は、第１の歯列１１と第２の歯列１２とを有している。２つの歯列１１，１２は、ラック１０の互いに反対側に配置されている。この場合、第１のピニオン８は、第１の歯列１１と噛み合い、第２のピニオン９は第２の歯列１２と噛み合う。第１のピニオン８は第１のウォーム歯車６に接続されているので、第１のウォーム歯車６と第１のピニオン８とは一緒に回転する。同様の形式で、第２のウォーム歯車７は第２のピニオン９に接続されている。この場合、第１のウォーム歯車６は、ウォーム軸３に設けられた共通のウォーム歯列１３によって駆動され、第２のウォーム歯車６は、同様にウォーム軸３の共通のウォーム歯列１３によって駆動される。Ｘ−Ｘによって、ラック１０の長手方向軸線が示されている。

図１に示されているように、ウォーム軸３は二重歯列を有するラック１０に対して９０°の角度で配置されているので、運転中に発生する、ラック１０に作用する力は互いに相殺される。従って本発明によれば、２つのピニオン８，９を介して高い力がラック１０に伝達されるので、特に費用のかかる高価な循環式ボールねじは省くことができる。この場合、ラックは、２つのピニオン８，９間でも転動ガイドされているので、ラックは２つのピニオン８，９間で浮動式に支承されている。有利な形式で、さらにラックのための側方ガイドが設けられている。

図５は遊び補償装置２０を示しており、該遊び補償装置２０は、ピニオン８，９とウォーム歯車６，７との間に配置されている。遊び補償装置２０は、カム２１と第１のストッパ２２と第２のストッパ２３と付勢部材２４とを有している。図５に示されているように、第１のストッパ２２とカム２１との間に遊び２５が存在している時に、付勢部材２４は、カム２１が第２のストッパ２３に当接するようにカム２１を付勢するようになっている。構成部材の公差を補償することができるようにするために、組立時にウォーム歯車は相応のピニオン軸線を中心にして回転可能でなければならない。ピニオンとウォーム歯車とは、互いの正しい角度位置で組立側から組み立てられる。次いで、歯列が互いに完全に締め付けられ、それによって遊びが無くなる。このようにして、付勢部材２４のばね力を設定する所定のパワーレベル以下において、遊び２５内でカム２１と第１のストッパ２２との間の遊びの補償が得られる。有利な形式で、遊び補償時における減衰を可能にするために、減衰部材（図示せず）が設けられている。本発明による遊び補償装置は、任意のピニオン・ウォーム歯車ユニット内に組み込まれている。このような形式の遊び補償装置は、図示のすべての実施例において使用することができる。

図２及び図３は、本発明の第２実施例による動力伝達装置１を示す。第１実施例のものと同じ部材若しくは同じ機能を有する部材には同じ符号が付けられている。

図２に示されているように、駆動装置２はラック１０（二重歯列エレメント）に対して平行に配置されている。これによって、特に簡単な構造が得られる。さらに、ウォーム軸３には共通のウォーム歯列１３が設けられている。このウォーム歯列１３は、同時に第１のウォーム歯車６及び第２のウォーム歯車７に噛み合う、この際に、第１のウォーム歯車６と第２のウォーム歯車７とは、力の補償を行うために、ウォーム軸３において互いに向き合って位置している。二重歯列エレメントとしてのラック１０は、さらに切欠１０ａを有しているので、構造がさらにコンパクトである。何故ならば駆動装置２の一部が切欠１０ａ内に突入するからである。その他の、第２実施例の構造は、前記第１実施例の構造と同じであるので、前記実施例が参照される。

以下に図４を用いて、本発明の第３実施例による動力伝達装置１の詳細について説明する。この第３実施例は前記第２実施例のものとほぼ同じであるが、第２実施例のものに対して、駆動装置２若しくはウォーム軸３の軸線が、ラック１０の長手方向軸線Ｘ−Ｘに対して角度αを成して配置されている点で相違している。この第３実施例においても、２つのウォーム歯車６，７に共通の１つのウォーム歯列１３が設けられている。その他の、第３実施例の構造は、前記第２実施例の構造と同じであるので、前記実施例が参照される。

図６は、本発明の第４実施例を示す。第１実施例のものと同じ部材若しくは同じ機能を有する部材には同じ符号が付けられている。この第４実施例は、第１の環状歯車１５と第２の環状歯車１６とを有する二重歯列エレメントとして構成された二重リングギヤ１４を備えた動力伝達装置１を示す。図６に示されているように、二重リングギヤ１４は、内歯列と外歯列とを備えたリング歯車として構成されている。さらに、第４実施例による動力伝達装置１は、２つの駆動装置、つまり第１の駆動装置２と第２の駆動装置２′とを有している。図６には、第２の駆動装置２′の構成部分が示されている。第２の駆動装置は、第１の駆動装置と同じ符号にダッシュを付けて示されている。図６に示した装置によって、二重リングギヤ１４に半径方向力が加えられ、また非常に大きい力若しくはモーメントが伝達され得る。内側の第２の環状歯車１６の周面は、外側の第１の環状歯車１５の周面よりも小さいので、内側のピニオン８，８′のピッチ円も外側のピニオン９，９′のピッチ円よりも小さくなくてはならない。図６に示した実施例は基本的に、唯一の駆動装置２だけを備えた構成であってもよい。図６に示した回転式の動力伝達装置は、例えば建設機械、風力エネルギー装置、太陽エネルギー装置又はその他の施設に使用される。

図７は、本発明の第５実施例による動力伝達装置１を示す。この場合、同じ部材若しくは同じ機能を有する部材には、前記実施例と同じ符号が付けられている。

図７に示されているように、第５実施例では駆動装置２が、ラック１０として構成された二重歯列エレメントに対して平行に配置されている。また、第１のウォーム歯車６を通る平面Ｅ１が、ラックの長手方向軸線Ｘ−Ｘに対して角度β１を成して配置されている。第２のウォーム歯車７を通る平面Ｅ２は、ラックの長手方向軸線Ｘ−Ｘに対して角度β２を成して配置されている。この場合、角度β１とβ２とは符号は異なっているが、同じ大きさである。これによって、ピニオン軸の中心軸線Ｙ−Ｙはラックの長手方向軸線Ｘ−Ｘに対して角度γを成して配置される。またこれによって、第１のピニオン８と第２のピニオン９との間の角度δの射影が、角度β１とβ２との合計に相当する。図７には、符号１７でステアリングホイールが示され、符号１８でインタミディエイトシャフトが示され、符号１９でトルクセンサが示されている。ラックを側方ガイドするために、第１の滑り軸受３０と第２の滑り軸受３１とが設けられている。

図８は、図７に示した実施例にほぼ類似した第６実施例を示すが、この図８に示した実施例は、図７に示した実施例とは異なり、２つのウォーム歯車６，７が１つの共通の平面に配置されている。また、駆動装置２は、ラック１０の長手方向軸線Ｘ−Ｘに対して角度αを成して配置されている。図８においては、第１のウォーム歯車６及び第１のピニオン８が、それぞれ第２のウォーム歯車及び第２のピニオンと重なっている。図８に示した動力伝達装置１は、特に安価に製造可能であるので、特に、安価な車両に使用される。

図９は、本発明の第７実施例による動力伝達装置を示す。この場合、同じ部材若しくは機能的に同じ部材は、前記実施例と同じ符号が付けられている。

図９より分かるように、動力伝達装置１は駆動装置２とウォーム軸３とを有している。ウォーム軸３に３つの歯列、つまり第１の歯列３４と第２の歯列３５と第３の歯列３６とが配置されている。駆動装置２は、ラック１０の中心軸線Ｘ−Ｘに対して角度αを成して配置されている。第７実施例による動力伝達装置１はさらに、４つのウォーム歯車４１，４２，４３，４４並びに４つのピニオン４５，４６，４７，４８を有している。図９に示されているように、この場合、ピニオン４５及び４６はラックの第１の歯列１１に噛み合い、ピニオン４７，４８は第２の歯列１２に噛み合う。さらに、第１のウォーム歯車４１は第１の歯列３４に噛み合い、第２及び第３のウォーム歯車４２，４３は第２の歯列３５に噛み合い、第４のウォーム歯車４４は第３の歯列３６に噛み合う。これによって、この実施例の動力伝達装置１は、複数のピニオンによって高い動力を伝達することができる。それ以外の構成については、この図９に示した実施例は、前記図１乃至図８の実施例に相当するので、前記実施例が参照される。

ラックを有する前記すべての実施例において、ラックの歯列は有利にははす歯として構成されている。この場合特に有利には、ラックの歯列の傾斜は同じであり、射影図で見て歯列は交差し合っている。

本発明の前記実施例は、それぞれ駆動装置２として電動モータを備えているが、電動モータの代わりに、別の駆動装置、特に油圧駆動装置を使用してもよい。

１ 動力伝達装置、 ２ 第１の駆動装置、 ２′ 第２の駆動装置、 ３ ウォーム軸、 ６ 第１のウォーム歯車、 ７ 第２のウォーム歯車、 ８ 第１のピニオン、 ９ 第２のピニオン、 １０ ラック（二重歯列エレメント）、 １１ 第１の歯列、 １２ 第２の歯列、 １３ ウォーム歯列、 １４ 二重リングギヤ、 １５ 第１の環状歯車、 １６ 第２の環状歯車、 １７ ステアリングホイール、 １８ インタミディエイトシャフト、 １９ トルクセンサ、 ２０ 遊び補償装置、 ２２ 第１のストッパ、 ２３ 第２のストッパ、 ２４ 付勢部材、 ２５ 遊び、 Ｅ１ 第１のウォーム歯車６を通る平面、 Ｅ２ 第２のウォーム歯車７を通る平面、 ３４，３５，３６ 第１、第２及び第３の歯列、 ４１，４２，４３，４４ ウォーム歯車、 ４５，４６，４７，４８ ピニオン、 Ｘ−Ｘ ラックの長手方向軸線、 Ｙ−Ｙ ピニオン軸の中心線

Claims (7)

1. 駆動装置（２）と、
   １つの共通のウォーム歯列（１３）を有し、前記駆動装置（２）によって駆動されるウォーム軸（３）と、
   前記ウォーム歯列（１３）が同時に噛み合う、第１のウォーム歯車（６）及び第２のウォーム歯車（７）と、
   第１のピニオン（８）及び第２のピニオン（９）であって、前記第１のピニオン（８）が前記第１のウォーム歯車（６）と一緒に回転し、前記第２のピニオン（９）が前記第２のウォーム歯車（７）と一緒に回転する、第１のピニオン（８）及び第２のピニオン（９）と、
   第１の歯列（１１）及び第２の歯列（１２）を有していて、前記第１の歯列（１１）が前記第１のピニオン（８）と噛み合い、前記第２の歯列（１２）が前記第２のピニオン（９）と噛み合う、二重歯列エレメント（１０）と、
   を備え、
   前記二重歯列エレメント（１０）は、二重歯列を有するラック（１０）であり、
   前記ラック（１０）は、前記第１のピニオン（８）と前記第２のピニオン（９）との間で浮動式に支承されており、
   前記ウォーム軸（３）は、前記ラック（１０）に対して平行に配置されていることを特徴する、動力伝達装置。
2. ２つのウォーム歯車がウォーム軸（３）の共通のウォーム歯列（１３）において、互いに１８０゜向き合っている、請求項１記載の動力伝達装置。
3. 前記ウォーム軸（３）が少なくとも３つのウォーム歯列（３４，３５，３６）と少なくとも４つのウォーム歯車（４１，４２，４３，４４）とを有しており、少なくとも２つの前記ウォーム歯車（４２，４３）が１つの共通のウォーム歯列（３５）と噛み合っている、請求項１又は２記載の動力伝達装置。
4. 遊び補償装置（２０）が設けられており、該遊び補償装置（２０）が、少なくとも１つのピニオン（８，９）と少なくとも１つのウォーム歯車（５，６）との間に配置されており、前記遊び補償装置（２０）が、
   カム（２１）と、
   第１のストッパ（２２）及び第２のストッパ（２３）であって、前記カム（２１）が前記第１のストッパ（２２）と前記第２のストッパ（２３）との間に小さい遊び（２５）を保って配置されている、第１のストッパ（２２）及び第２のストッパ（２３）と、
   前記カム（２１）を前記ストッパの一方に向かって押し付ける付勢部材（２４）と、を有する、請求項１から３までのいずれか１項記載の動力伝達装置。
5. 前記ラック（１０）の歯列がはす歯であって、該はす歯の歯列が射影図で見て互いに逆向きの傾斜方向を有している、請求項１から４までのいずれか１項記載の動力伝達装置。
6. 前記ラック（１０）は切欠（１０ａ）を有し、前記駆動装置（２）の一部が前記切欠（１０ａ）内に突入する、請求項１から５までのいずれか１項記載の動力伝達装置。
7. 請求項１から６までのいずれか１項記載の動力伝達装置を有することを特徴とする、ブレーキブースタ又は舵取り装置。

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